CN105245079A - 一种不带电刷的电磁电机 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种不带电刷的电磁电机，解决了现有技术中电机制作繁杂进而不利于电机小型化的问题，一种不带电刷的电磁电机，包括均设有绕组的定子和转子，至少一个所述绕组由印刷电路制成，所述印刷电路制作与印刷电路板PCB或柔性印刷电路板FPC，所述PCB或FPC由一层或两层以上的电路组成，所述PCB或FPC上的印刷线路采用轴向多层重叠的平面螺旋绕线方式，和/或径向多层嵌套的立体螺旋绕线方式，和/或端部焊接的平面布置方式，本发明使用印刷电路作为绕组，不仅节省了用铜线绕制绕组的工时以及铜材料，且能够实现精确的线路设计，有利于电磁电机的小型化。

Description

一种不带电刷的电磁电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，特别是指一种不带电刷的电磁电机。

背景技术

电磁电机具有丰富的种类，但通常都具有定子和转子，将电机中运动的部件称为转子，将电机中相对固定的部件成为定子，可以按照不同的特性对电机的种类进行划分，例如，按照驱动电流，可分为直流电机和交流电机，按照定子和转子的结构，可分为轴向电机和盘式电机，按照励磁方式，可分为带励磁绕组的电机和不带励磁绕组的电机，按照转子的运动形式，可分为旋转电机和直线电机，其中旋转电机的转子又称为转子，上述不同特性可以叠加存在，产生各种不同形态的电机。传统电机中的绕组通常采用铜线绕制而成，为保证绕线的一致性，有时使用专门的绕线设备进行绕制，这使得传统电机难以进入某些应用领域，例如微型电机领域。在这些领域，发展处其他类型的电机来取代电磁电机，但是生产出来的电机也有局限性，工作电压高，制作的一致性不好，在共振模态下工作，生产效率不高等。

发明内容

本发明提出一种不带电刷的电磁电机，解决了现有技术中电机制作繁杂进而不利于电机小型化的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种不带电刷的电磁电机，包括均设有绕组的定子和转子，至少一个所述绕组由印刷电路制成，所述印刷电路制作与印刷电路板PCB或柔性印刷电路板FPC，所述PCB或FPC由一层或两层以上的电路组成，所述PCB或FPC上的印刷线路采用轴向多层重叠的平面螺旋绕线方式，和/或径向多层嵌套的立体螺旋绕线方式，和/或端部焊接的平面布置方式。

作为优选的技术方案，所述电机为轴向电机。

作为优选的技术方案，所述轴向电机在定子和/或转子的一个端面上还设置有盘式电机的磁极和绕组；或者，在定子和/或转子的两个端面上还设置有盘式电机的磁极和绕组。

作为优选的技术方案，所述轴向电机的定子的磁极和绕组在圆周方向上被转子的磁极和绕组所包围。

作为优选的技术方案，所述电机为盘式电机。

作为优选的技术方案，所述盘式电机的定子和/或转子具有中空结构，定子套设在转子之外，或者，转子套设在定子之外。

作为优选的技术方案，所述盘式电机的定子或转子的全部绕组印刷在一整块电路板上，或者，定子和转子的全部绕组分别印刷在一整块电路板上。

作为优选的技术方案，所述定子或转子的磁极由一体化方法制成，所述电路板上每个绕组的内部开有通孔，用于嵌入相应的磁极。

本发明使用印刷电路作为绕组，不仅节省了用铜线绕制绕组的工时以及铜材料，且能够实现精确的线路设计，有利于电磁电机的小型化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种轴向电机的定子和转子截面结构示意图；

图2为本发明一种4层印刷电路的绕线方式示意图；

图3为本发明另一种4层印刷电路的绕线方式示意图；

图4为本发明一种印刷电路的平面布置方式示意图；

图5为实施例1的盘式电机结构示意图；

图6为实施例1中转子的磁极面示意图；

图7为实施例2的盘式电机的定子和转子端面示意图；

图8为实施例2中定子和转子的磁芯与PCB或FPC绕组的组合示意图；

图9为实施例3的复合式电机定子和转子端面示意图；

图10为实施例3中定子端面的磁芯与PCB或FPC绕组的组合示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明所成印刷电路可制作于硬板，例如印刷电路PCB，也可制作于软板FPC，例如柔性印刷电路板。每一块PCB或FPC可以具有单层电路，也可以由两层以上的电路组成，采用多层电路能够大幅压缩绕组所占的空间，减少线材成本，降低电阻损耗，减少发热。

一个绕组可以由一块PCB或FPC来实现，也可以由两块以上PCB或FPC或者混合来实现，基于成熟的印刷电路制作技术，可以按照预定的线圈构造对印刷电路的结构进行排布，以整体(一块PCB或FPC)或多块拼装(端部需要连接的线路进行焊接)的方式来实现所需要的绕组。如图2、图3和图4，给出了几种典型的印刷电路排布方式，图中箭头为示例的电流方向，本领域技术人员容易理解，可以根据绕组需要的构造相应设计印刷电路的排布和或拼装方式。其中，图2中示出了轴向多层重叠的平面螺旋绕线方式，先在单层进行螺旋绕线然后通过穿孔进入另一层继续进行螺旋绕线，每一层螺旋电路可以是一块单层的PCB或FPC，也可以是多层PCB或FPC中的一层，层间通过导电通孔进行连接。图3中示出了径向多层嵌套的立体螺旋绕线方式，先在不同的层螺旋绕线，再从内到外进行立体螺旋绕线，可视为多个不同直径的立式线圈的嵌套。图4中示出了一种印刷电路的平面布置方式，采用FPC制作，按照虚线所示将FPC的端部进行焊接即可形成一组螺旋绕线，图4中印刷电路的布置方式也适用于PCB，不过由于PCB不可弯折，因此需要两块以上PCB进行拼接来形成螺旋绕线，图4中仅示出了一层线路布置，也可以由多层，分别进行对位焊接即可。

图1中绕组103可采用各种适合的印刷线路制作，例如可采用图4中的FPC制成，将一块或多块FPC插入线圈槽内，绕过定子11(或转子12)对应的部位后将端部焊接在一起即可获得需要的绕组，这种绕线方法加工简单，成本低而且更为轻巧，因此损耗也小，由于线圈槽的不规则性，可以使用多块PCB或FPC来充分利用空间，此外，采用多层或多条FPC也有利于增加线圈的匝数。在实际生产中，为有利于散热以及绕组的固定，还可以为PCB或FPC制作散热包裹。

在空间结构允许的情况下，定子(或转子)的全部绕组可印刷在单块PCB或FPC上，以获得更加紧凑和经济的电机，PCB或FPC上为印刷电路的部分可以根据需要进行保留或开孔，以便于定子或转子的迹象结构进行配合，具体可根据实际需要进行设计。

由印刷电路充当的绕组，在将电路从PCB或FPC引出后即可安装所需要的电路连接方式进行连接，可以与传统铜线绕制的绕组的连接方式类似。因此，依据本发明的电机可采用传统的交流或直流驱动方式，也可采用步进驱动方式。通常，步进电机的运动控制是通过交替变化磁极的极性来实现的，电机的一步对应于一个磁极的位置，一般最小步长精度为一步或者半步，依据本发明的电机由于绕组采用PCB或FPC制作，因此很多的控制芯片可以集成在PCB或FPC上，这大大方便了步进电机的控制实现。

以下通过具体实施例来对依据本发明的电磁电机进行举例说明。其中涉及前述已经详细描述的内容，例如可选的绕线方式等将不再赘述。

实施例1

依据本发明的电磁电机的一种事实方式可参考图5或图6，为一种盘式电机，包括定子101和转子102，其定子和转子具有中空结构，转子套设在定子外。具体结构为，定子101表现为中空的定位套筒，固定在基板104(在本实施例中为印刷定子绕组的PCB或FPC)上，至少一对转子磁极1022安装在转子的底部，基板104上印刷有至少两个定子绕组(例如采用如图2或图3所示的绕线方式)1013。转子套设在定位套筒外，能够绕定位套筒旋转；转子可以是一个纯铁芯，这种情况下，转子的磁极1022安装在非磁性材料表面或嵌入其中，磁极不必突出端面，可通过增加一个罩壳使得磁极与罩壳的端面齐平甚至略微凹陷，当按一定规律向定子绕组供给交流或直流电视，在定子绕组与转子磁极之间将产生一个选择磁场，该磁场通过磁极呆着转子一起转动。

本实施例中，定子的全部绕组印刷在一整块PCB或FPC上，使得电机的整体结构紧凑，且转子套设在定子之外，形成空心的套筒结构，在某些特殊领域，例如光学领域具有很大的应用价值，可用于案子例如透镜组。

实施例2

依据本发明的电磁电机的另一种实施方式可参考图7盒图8，为一种盘式电机，包括定子201盒转子202，与实施例1相比，主要区别在于转子具有用作励磁绕组的转子绕组2023，具体结构包括，转子套筒2021套设在定子套筒2011内，定子基板204上还设置有两个定子电极(导电环)2014，两个转子电极(导电弹簧片)2024设置在转子基板(在本发明实施例中即为转子绕组2023的PCB或FPC)205上，分别用于在旋转过程中与两个导电环保持电连接。使得定子201能够通过导电环和导电弹簧片向转子绕组供电。

本实施例中，转子端面与定子端面是接触的，转子磁极2022稍微矮于转子端面，而定子磁极2012的尺寸大于转子磁极凹陷产生的孔，这样，当转子端面滑过磁极时，不会产生磕碰。

为便于测量转子的位置以进行精确控制，本实施例中还将转子磁极2022用作霍尔磁环，在定子上设置霍尔感应器件206，以对转子的位置进行测量。

为获得紧凑的电机结构，本实施例中定子的全部绕组2013和转子的全部绕组2023分别印刷在一整块电路板上(即基板204和基板205)上每个绕组的内部开有通孔，用于嵌入相应的磁极，如图8所示，在其他实施方式中，可以将定子或转子之一的绕组由一块PCB或FPC来制作，或者，仅对定子或转子之一的磁芯采用一体化方法制作。

实施例3

依据本发明的电磁电机的另一种实施方式可参考图9和图10，为一种以轴向电机为基础的复合式电机，包括定子301和转子302(轴向电机的定子盒转子磁极未图示)以及以PCB或FPC实现的轴向电机的绕组303，其在定子和/或转子的一个端面上还设置有盘式电机的磁极盒绕组。

所称盘式电机的磁极和绕组包括盘式电机的定子磁极盒绕组和盘式电机的转子磁极盒绕组。参考图10，盘式电机的定子磁极3012可以在定子的端面上由一体化方法制成，也可以单独安装上去。盘式电机的转子磁极可以与轴向电机的转子磁极集成在一起，也可以与轴向电机的转子磁极磁路分离，采用分离方式的盘式电机的转子磁极3022，也可以单独安装上去，其磁路可以与轴向电机的转子磁极的磁路相连通，也可以相互隔离。

与实施例2中类似，端面电机的绕组，例如图10中的定子绕组3013，可以印刷在一整块PCB或FPC基板304上，每个绕组的内部开有通孔，用于嵌入相应的定子磁极3012，若端面电机的转子具有转子绕组，也可以采用类似的方式来实现。

为了使端面电机更好的发挥作用，本实施例中，采用定子在内转子在外的结构，即定子的磁极盒绕组在圆周方向上被转子的磁极和绕组所包围，这种结构使得转子的直径增加，从而增加端面电机的有效面积，进而增加复合式电机的能量密度，在其他实施例中，也可以采用传统的定子在外转子在内的结构。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种不带电刷的电磁电机，包括均设有绕组的定子和转子，其特征在于：

至少一个所述绕组由印刷电路制成，所述印刷电路制作与印刷电路板PCB或柔性印刷电路板FPC，所述PCB或FPC由一层或两层以上的电路组成，所述PCB或FPC上的印刷线路采用轴向多层重叠的平面螺旋绕线方式，和/或径向多层嵌套的立体螺旋绕线方式，和/或端部焊接的平面布置方式。

2.如权利要求1所述的一种不带电刷的电磁电机，其特征在于：

所述电机为轴向电机。

3.如权利要求2所述的一种不带电刷的电磁电机，其特征在于：

所述轴向电机在定子和/或转子的一个端面上还设置有盘式电机的磁极和绕组；或者，在定子和/或转子的两个端面上还设置有盘式电机的磁极和绕组。

4.如权利要求3所述的一种不带电刷的电磁电机，其特征在于：

所述轴向电机的定子的磁极和绕组在圆周方向上被转子的磁极和绕组所包围。

5.如权利要求1所述的一种不带电刷的电磁电机，其特征在于：

所述电机为盘式电机。

6.如权利要求5所述的一种不带电刷的电磁电机，其特征在于：

所述盘式电机的定子和/或转子具有中空结构，定子套设在转子之外，或者，转子套设在定子之外。

7.如权利要求6所述的一种不带电刷的电磁电机，其特征在于：

所述盘式电机的定子或转子的全部绕组印刷在一整块电路板上，或者，定子和转子的全部绕组分别印刷在一整块电路板上。

8.如权利要求7所述的一种不带电刷的电磁电机，其特征在于：

所述定子或转子的磁极由一体化方法制成，所述电路板上每个绕组的内部开有通孔，用于嵌入相应的磁极。